Redis支持五中數(shù)據(jù)類型：

• String（字符串）
• Hash（哈希）
• List（列表）
• Set（集合）
• zset(sorted set：有序集合)

Redis定義了豐富的原語命令，可以直接與Redis服務(wù)器交互溪猿。實(shí)際應(yīng)用中钩杰，我們不太會(huì)直接使用這些原語命令，Redis提供了Java再愈，C/C++榜苫，C#，PHP翎冲，JavaScript垂睬，Perl，Object-C抗悍，Python驹饺，Ruby，Erlang等客戶端缴渊，大多情況下我們是通過各式各樣的客戶端來操作Redis赏壹。但是，任何語言的客戶端實(shí)際上都是對(duì)Redis原語命令的封裝衔沼，了解原語命令有助于理解客戶端的設(shè)計(jì)原理蝌借，知其然，知其所以然指蚁。

1菩佑、字符串

String是Redis最基本的數(shù)據(jù)類型，結(jié)構(gòu)為一個(gè)key對(duì)應(yīng)一個(gè)value凝化。

String類型是二進(jìn)制安全的稍坯，意味著可以包含任何數(shù)據(jù)，比如jpg圖片或者序列化的對(duì)象搓劫。

String類型的最大能存儲(chǔ)512M瞧哟。

不像Linux有那么多充滿想象力的命令混巧，還喜歡帶一對(duì)莫名其妙的參數(shù)。Redis的原語命令很簡(jiǎn)單勤揩，而且有規(guī)律可循咧党，一句話概括，就是干凈利索脆雄可。

比如我們想設(shè)置往Redis中存放一個(gè)用戶名凿傅，用String類型存儲(chǔ)：

127.0.0.1:6379> SET name chenlongfei

OK

“OK”是Redis返回的響應(yīng)，代表設(shè)置成功数苫。

取出這個(gè)name的值：

127.0.0.1:6379> GET name

"chenlongfei"

想修改name的值為“clf”聪舒，重新SET一遍，覆蓋掉原來的值：

127.0.0.1:6379> SET name clf

OK

127.0.0.1:6379> GET name

"clf"

想刪除該條數(shù)據(jù)：

127.0.0.1:6379> DEL name

(integer) 1 --該數(shù)字代表影響的記錄總數(shù)

127.0.0.1:6379> GET name

(nil) --nil代表為空虐急，不存在該對(duì)象

增刪改查命令一分鐘學(xué)會(huì)箱残，想忘記都難，媽媽再也不用擔(dān)心我的學(xué)習(xí)止吁。

2抓艳、哈希

Redis的哈希是field和value之間的映射，即鍵值對(duì)的集合帚戳，所以特別適合用于存儲(chǔ)對(duì)象玷或。

Redis 中每個(gè) hash 最多可以存儲(chǔ) 2^32 - 1 鍵值對(duì)（40多億）。

例如片任，我們想在Redis中存儲(chǔ)一個(gè)用戶信息庐椒，包括用戶ID，用戶名蚂踊，郵箱地址三個(gè)字段：

127.0.0.1:6379>HMSET user_1 userId 123 userName clf email chenlongfei@163.com**

OK

127.0.0.1:6379> HGETALL user_1

1) "userId"

2) "123"

3) "userName"

4) "clf"

5) "email"

6) "chenlongfei@163.com"

3犁钟、列表

Redis列表是簡(jiǎn)單的字符串列表棱诱，按照插入順序排序。支持添加一個(gè)元素到列表頭部（左邊）或者尾部（右邊）的操作涝动。

一個(gè)列表最多可以包含 2^32 - 1 迈勋，即超過40億個(gè)元素。

例如醋粟，我們想用一個(gè)名為“Continents”的列表盛放五大洲的名字：

127.0.0.1:6379> LPUSH Continents Asia Africa America Oceania Antarctica

(integer) 5

127.0.0.1:6379> LRANGE Continents 0 4 --獲取下標(biāo)為0~4的元素

1) "Antarctica"

2) "Oceania"

3) "America"

4) "Africa"

5) "Asia"

Redis列表雖然名為列表靡菇，其實(shí)從特性上來講更像是棧，以最近放進(jìn)去的元素為頭米愿，以最早放進(jìn)去的元素為尾厦凤，所以，Redis列表的下標(biāo)呈倒序排列育苟。上例中依次放進(jìn)去的五個(gè)元素：Asia较鼓、Africa、America违柏、Oceania博烂、Antarctica，下標(biāo)分別為4漱竖、3禽篱、2、1馍惹、0躺率。這與Java中List的概念完全不一樣，需要特別注意讼积。

與棧類似肥照，當(dāng)執(zhí)行POP操作時(shí)，Redis列表彈出的是最新放進(jìn)去的元素勤众，類似于棧頂元素舆绎。

Redis列表還支持一種阻塞式操作，比如BLPOP（Blockd List Pop之縮寫）们颜，移出并獲取列表的第一個(gè)元素吕朵，如果列表沒有元素（或列表不存在）會(huì)阻塞列表直到等待超時(shí)或發(fā)現(xiàn)可彈出元素為止。

例如窥突，我們對(duì)一個(gè)不存在的列表“myList”執(zhí)行BLPOP命令：

BLPOP myList 20 -- 彈出myList列表的第一個(gè)元素努溃，如果沒有，阻塞20秒

該客戶端會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)阻问，如果20秒之內(nèi)該列表存入了元素梧税，則彈出：

127.0.0.1:6379> BLPOP myList 20 --若無元素則進(jìn)入阻塞狀態(tài)，限時(shí)20秒*

1) "myList"

2) "hello"

(6.20s)

如果超時(shí)后仍然沒有等到元素，則結(jié)束阻塞第队，返回nil：

127.0.0.1:6379> BLPOP myList 20

(nil)

(20.07s)

4、集合

Redis集合是String類型的無序集合。集合成員是唯一的主儡，這就意味著集合中不能出現(xiàn)重復(fù)的數(shù)據(jù)棘脐。

Redis集合是通過哈希表實(shí)現(xiàn)的恋沃，所以添加裆熙，刪除，查找的復(fù)雜度都是O(1)偎快。

集合中最大的成員數(shù)為 2^32 - 1 冯乘，即每個(gè)集合最多可存儲(chǔ)40多億個(gè)成員。

集合的一大特點(diǎn)就是不能有重復(fù)元素晒夹，如果插入重復(fù)元素裆馒，Redis會(huì)忽略該操作：

127.0.0.1:6379> SADD direction east west south north

(integer) 4

127.0.0.1:6379> SMEMBERS direction

1) "west"

2) "east"

3) "north"

4) "south"

127.0.0.1:6379> SADD direction east

(integer) 0 -- east元素已經(jīng)存在，該操作無效

127.0.0.1:6379> SMEMBERS direction

1) "west"

2) "east"

3) "north"

4) "south"

Redis集合還有兩大特點(diǎn)丐怯，一是支持隨機(jī)獲取元素喷好，二是支持集合間的取差集、交集與并集操作读跷。

5、有序列表

Redis 有序集合和集合一樣也是String類型元素的集合丐枉，且不允許重復(fù)的成員哆键。

不同的是每個(gè)元素都會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè)double類型的分?jǐn)?shù)。Redis正是通過分?jǐn)?shù)來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序瘦锹。有序集合的成員是唯一的籍嘹，但分?jǐn)?shù)(score)卻可以重復(fù)闪盔。

集合是通過哈希表實(shí)現(xiàn)的，所以添加辱士，刪除锭沟，查找的復(fù)雜度都是O(1)。

集合中最大的成員數(shù)為 2^32 - 1 识补，即每個(gè)集合最多可存儲(chǔ)40多億個(gè)成員。

例如辫红，凭涂、使用有序列表來存儲(chǔ)學(xué)生的成績(jī)單：

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 82 Tom

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 65.5 Jack

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 43.5 Rubby

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 99 Winner

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZADD scoreList 78 Linda

(integer) 1

127.0.0.1:6379> ZRANGE scoreList 0 100 WITHSCORES --獲取名次在0~100之間的記錄

1) "Rubby"

2) "43.5"

3) "Jack"

4) "65.5"

5) "Linda"

6) "78"

7) "Tom"

8) "82"

9) "Winner"

10) "99"

需要注意的是，Redis有序集合是默認(rèn)升序的贴妻，score越低排名越靠前切油，即score越低的元素下標(biāo)越小。

6戚宦、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

Redis的一種對(duì)象類型可以有不同的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從而同時(shí)兼顧性能和內(nèi)存锈嫩。

1.png

字典又名映射（map）或關(guān)聯(lián)數(shù)組（associative array）受楼， 是一種抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 由一集鍵值對(duì)（key-value pairs）組成呼寸， 各個(gè)鍵值對(duì)的鍵各不相同艳汽， 程序可以添加新的鍵值對(duì)到字典中，或者基于鍵進(jìn)行查找对雪、更新或刪除等操作河狐。

字典在 Redis 中的應(yīng)用廣泛， 使用頻率可以說和 SDS 以及雙端鏈表不相上下慌植，基本上各個(gè)功能模塊都有用到字典的地方甚牲。

字典的主要用途有以下兩個(gè)：

• 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫鍵空間（key space）
• 用作 Hash 類型鍵的底層實(shí)現(xiàn)之一

Redis字典采用Hash表實(shí)現(xiàn)，針對(duì)碰撞問題蝶柿，采用的方法為“鏈地址法”丈钙，即將多個(gè)哈希值相同的節(jié)點(diǎn)串連在一起，從而解決沖突問題交汤。

“鏈地址法”的問題在于當(dāng)碰撞劇烈時(shí)雏赦，性能退化嚴(yán)重劫笙，例如：當(dāng)有n個(gè)數(shù)據(jù)，m個(gè)槽位星岗，如果m=1填大，則整個(gè)Hash表退化為鏈表，查詢復(fù)雜度O(n)俏橘。為了避免Hash碰撞攻擊允华，Redis隨機(jī)化了Hash表種子。

Redis的方案是雙buffer寥掐，正常流程使用一個(gè)buffer靴寂，當(dāng)發(fā)現(xiàn)碰撞劇烈（判斷依據(jù)為當(dāng)前槽位數(shù)和Key數(shù)的對(duì)比），分配一個(gè)更大的buffer召耘，然后逐步將數(shù)據(jù)從老的buffer遷移到新的buffer百炬。一般情況下只使用 0 號(hào)哈希表，只有在 rehash 進(jìn)行時(shí)污它，才會(huì)同時(shí)使用 0 號(hào)和 1 號(hào)哈希表剖踊。

redisObject是真正存儲(chǔ)redis各種類型的結(jié)構(gòu)，在Redis源碼的redis.h文件中衫贬，定義了這些結(jié)構(gòu)：

/* A redis object, that is a type able to hold a string / list / set */

/* The actual Redis Object */

\#define REDIS_LRU_BITS 24

\#define REDIS_LRU_CLOCK_MAX ((1<<REDIS_LRU_BITS)-1) /* Max value of obj->lru */

\#define REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION 1000 /* LRU clock resolution in ms */

typedef struct redisObject {

  unsigned type:4;

  unsigned encoding:4;

  unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */

  int refcount;

  void *ptr;

} robj;

其中type即Redis支持的邏輯類型德澈，包括：

/* Object types */

\#define REDIS_STRING 0

\#define REDIS_LIST 1

\#define REDIS_SET 2

\#define REDIS_ZSET 3

\#define REDIS_HASH 4

即前面所列舉的五種數(shù)據(jù)類型。type定義的只是邏輯類型祥山，encoding才是物理存儲(chǔ)方式圃验，**一種邏輯類型可以使用不同的存儲(chǔ)方式**，包括：

/* Objects encoding. Some kind of objects like Strings and Hashes can be

 \* internally represented in multiple ways. The 'encoding' field of the object

 \* is set to one of this fields for this object. */

\#define REDIS_ENCODING_RAW 0   /* Raw representation */

\#define REDIS_ENCODING_INT 1   /* Encoded as integer */

\#define REDIS_ENCODING_HT 2   /* Encoded as hash table */

\#define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3 /* Encoded as zipmap */

\#define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* Encoded as regular linked list */

\#define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 /* Encoded as ziplist */

\#define REDIS_ENCODING_INTSET 6 /* Encoded as intset */

\#define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7 /* Encoded as skiplist */

\#define REDIS_ENCODING_EMBSTR 8 /* Embedded sds string encoding */

• REDIS_ENCODING_RAW 即原生態(tài)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)缝呕，就是以字符串形式存儲(chǔ)澳窑，字符串類型在redis中用sds(simple dynamic string)封裝，主要為了解決長(zhǎng)度計(jì)算和追加效率的問題供常。
• REDIS_ENCODING_INT 代表整數(shù)摊聋，以long型存儲(chǔ)。
• REDIS_ENCODING_HT 代表哈希表（Hash Table）栈暇，以哈希表結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)麻裁，與字典的實(shí)現(xiàn)方法一致。
• REDIS_ENCODING_ZIPMAP 其實(shí)質(zhì)是用一個(gè)字符串?dāng)?shù)組來依次保存key和value源祈，查詢時(shí)是依次遍列每個(gè) key-value 對(duì)煎源，直到查到為止。
  
  2.png
• REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 代表鏈表香缺，以典型的鏈表結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)手销。
• REDIS_ENCODING_ZIPLIST 代表一種雙端列表，且通過特殊的格式定義图张，壓縮內(nèi)存適用锋拖，以時(shí)間換空間诈悍。ZIPLIST適合小數(shù)據(jù)量的讀場(chǎng)景，不適合大數(shù)據(jù)量的多寫/刪除場(chǎng)景兽埃。
  
  3.png
• REDIS_ENCODING_INTSET 是用一個(gè)有序的整數(shù)數(shù)組來實(shí)現(xiàn)的侥钳。
  
  4.png
• REDIS_ENCODING_SKIPLIST 同時(shí)采用字典和有序集兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存數(shù)據(jù)元素。跳躍表（SkipList）是一個(gè)特殊的鏈表柄错，相比一般的鏈表舷夺，有更高的查找效率，其效率可比擬于二叉查找樹售貌。一張關(guān)于跳表和跳表搜索過程如下圖：
  
  5.png
  
  在圖中冕房，需要尋找 68，在給出的查找過程中趁矾，利用跳表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，只比較了 3次给僵，橫箭頭不比較毫捣，豎箭頭比較。由此可見帝际，跳表預(yù)先間隔地保存了有序鏈表中的節(jié)點(diǎn)蔓同，從而在查找過程中能達(dá)到類似于二分搜索的效果，而二分搜索思想就是通過比較中點(diǎn)數(shù)據(jù)放棄另一半的查找蹲诀，從而節(jié)省一半的查找時(shí)間斑粱。
  缺點(diǎn)即浪費(fèi)了空間，自古空間和時(shí)間兩難全脯爪。
• REDIS_ENCODING_EMBSTR 代表使用embstr 編碼的簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串则北。好處有如下幾點(diǎn)： embstr的創(chuàng)建只需分配一次內(nèi)存，而raw為兩次（一次為sds分配對(duì)象痕慢，另一次為objet分配對(duì)象尚揣，embstr省去了第一次）。相對(duì)地掖举，釋放內(nèi)存的次數(shù)也由兩次變?yōu)橐淮慰炱mbstr的objet和sds放在一起，更好地利用緩存帶來的優(yōu)勢(shì)塔次。需要注意的是方篮，Redis并未提供任何修改embstr的方式，即embstr是只讀的形式励负。對(duì)embstr的修改實(shí)際上是先轉(zhuǎn)換為raw再進(jìn)行修改藕溅。

6.1 字符串的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

Redis的所有的key都采用字符串保存，而值可以是字符串熄守，列表蜈垮，哈希耗跛，集合和有序集合對(duì)象的其中一種。

字符串存儲(chǔ)的邏輯類型即REDIS_STRING攒发，其物理實(shí)現(xiàn)（enconding）可以為 REDIS_ENCODING_INT调塌、REDIS_ENCODING_EMBSTR 或 REDIS_ENCODING_RAW。

首先惠猿，如果可以使用REDIS_ENCODING_EMBSTR編碼羔砾，Redis首選REDIS_ENCODING_EMBSTR保存，偶妖；其次姜凄，如果可以轉(zhuǎn)換，Redis會(huì)嘗試將一個(gè)字符串轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)ong趾访，保存為REDIS_ENCODING_INT态秧，如“26”、“180”等扼鞋；最后申鱼，Redis會(huì)保存為REDIS_ENCODING_RAW，如“chenlongfei”云头、“Redis”等捐友。

6.2 哈希的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

REDIS_HASH可以有兩種encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST 和 REDIS_ENCODING_HT

Hash表默認(rèn)的編碼格式為REDIS_ENCODING_ZIPLIST，在收到來自用戶的插入數(shù)據(jù)的命令時(shí)：

（1）調(diào)用hashTypeTryConversion函數(shù)檢查鍵/值的長(zhǎng)度大于配置的hash_max_ziplist_value（默認(rèn)64）

（2）調(diào)用hashTypeSet判斷節(jié)點(diǎn)數(shù)量大于配置的hash_max_ziplist_entries （默認(rèn)512）

以上任意條件滿足則將Hash表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從REDIS_ENCODING_ZIPLIST轉(zhuǎn)為REDIS_ENCODING_HT溃槐。

6.3 列表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

REDIS_SET有兩種encoding方式匣砖，REDIS_ENCODING_ZIPLIST和REDIS_ENCODING_LINKEDLIST。

列表的默認(rèn)編碼格式為REDIS_ENCODING_ZIPLIST昏滴，當(dāng)滿足以下條件時(shí)猴鲫，編碼格式轉(zhuǎn)換為REDIS_ENCODING_LINKEDLIST：

（1）元素大小大于list-max-ziplist-value（默認(rèn)64）

（2）元素個(gè)數(shù)大于 配置的list-max-ziplist-entries（默認(rèn)512）

6.4 集合的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

REDIS_SET有兩種encoding方式： REDIS_ENCODING_INTSET 和 REDIS_ENCODING_HT。

集合的元素類型和數(shù)量決定了encoding方式谣殊，默認(rèn)采用REDIS_ENCODING_INTSET 变隔，當(dāng)滿足以下條件時(shí)，轉(zhuǎn)換為REDIS_ENCODING_HT：

（1）元素類型不是整數(shù)

（2）元素個(gè)數(shù)超過配置的set-max-intset-entries（默認(rèn)512）

6.5 有序列表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

REDIS_ZSET有兩種encoding方式： REDIS_ENCODING_ZIPLIST（同上）和 REDIS_ENCODING_SKIPLIST蟹倾。

由于有序集合每一個(gè)元素包括：<member匣缘，score>兩個(gè)屬性，為了保證對(duì)member和score都有很好的查詢性能鲜棠，REDIS_ENCODING_SKIPLIST同時(shí)采用字典和有序集兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存數(shù)據(jù)元素肌厨。字典和有序集通過指針指向同一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)來避免數(shù)據(jù)冗余。

字典中使用member作為key豁陆，score作為value柑爸，從而保證在O(1)時(shí)間對(duì)member的查找跳躍表基于score做排序，從而保證在 O(logN) 時(shí)間內(nèi)完成通過score對(duì)memer的查詢盒音。

有序集合默認(rèn)也是采用REDIS_ENCODING_ZIPLIST的實(shí)現(xiàn)表鳍，當(dāng)滿足以下條件時(shí)馅而，轉(zhuǎn)換為REDIS_ENCODING_SKIPLIST：

（1）數(shù)據(jù)元素個(gè)數(shù)超過配置zset_max_ziplist_entries 的值（默認(rèn)值為 128 ）

（2）新添加元素的 member 的長(zhǎng)度大于配置的zset_max_ziplist_value 的值（默認(rèn)值為 64 ）

6.6 總結(jié)

針對(duì)同一種數(shù)據(jù)類型，Redis會(huì)根據(jù)元素類型/大小/個(gè)數(shù)采用不同的編碼方式譬圣，不同的編碼方式在內(nèi)存使用效率/查詢效率上差距巨大瓮恭，可以通過配置文件調(diào)整參數(shù)來達(dá)到最優(yōu)。